Печать
Просмотров: 7988

Научная группа профессора А. А. Маньшиной

Обновлено

Научная группа кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения

Группа лазерного синтеза

Состав группы

Руководитель

Manshina AA

Маньшина Алина Анвяровна

доктор химических наук, профессор

a.manshina@spbu.ru

Состав группы

Bahmann J

Бахман Жульен

PhD, профессор

z.bakhmann@spbu.ru, jbachmannjulien@gmail.com

lhlm Mamonova DV

Мамонова Дарья Владимировна

кандидат химических наук, постдок

d.mamonova@spbu.ru, magwicher@gmail.com

lhlm Vasileva AA

Васильева Анна Алексеевна

аспирант

st017478@student.spbu.ru, anvsilv@gmail.com

lhlm Proklova AM

Проклова Александра Николаевна

студент

proklova_97@mail.ru

lhlm Hohlova AR

Хохлова Анастасия Романовна

студент

st070968@student.spbu.ru

lhlm Medvedev VA

Медведев Василий Андреевич

студент

st063851@student.spbu.ru

В сотрудничестве с:

Направления исследований

Лазерно-индуцированный синтез и исследование структуры кристаллических гибридных металл/углеродных наноматериалов с уникальными оптическими свойствами

Работа посвящена фундаментальному исследованию фотоиндуцированных химических процессов, которые развиваются в системе, содержащей металл-органические прекурсоры, а также изучению последующих процессов самоорганизации, приводящих к формированию нового гибридного наноматериала, который представляет собой уникальную комбинацию кристаллического углерода и плазмонных наночастиц.

Разработанная научной группой методика синтеза этих структур основана на лазерно-индуцированном разложении супрамолекулярного комплекса и последующем процессе самоорганизации компонентов исходного комплекса — металлических и органических «строительных блоков», который приводит к формированию гибридных металл-углеродных нанопластин (рис.1).

ngman1

Рис.1. СЭМ гибридной металл-углеродной нанокристаллической пластины

Комбинация углеродной матрицы, обладающей собственным оптическим двулучепреломлением и нелинейностью, с биметаллическими Au-Ag нанокластерами, обладающими плазмонными свойствами и способностью усиливать электромагнитные поля, представляет собой уникальный, не имеющий до настоящего времени аналогов, и чрезвычайно перспективный материал, позволяющий существенно расширить набор оптических элементов — устройств современной нанофотоники. Под воздействием сфокусированного ионного пучка (СИП) в результате локальной фрезеровки (резки) или модификации возможно создание из гибридных металл-углеродных нанопластин так называемых метаэлементов — субволновых элементов различной геометрии и архитектуры, позволяющих осуществлять управление светом на нано-масштабе, что представляет большой интерес для применения в микро- и нанофотонике (рис.2).

ngman2

Рис.2. Изображения модифицированных гибридных Au-Ag/C планарных наноструктур, полученные с помощью гелий-ионного микроскопа: (a), (b) планарные наноструктуры, разрезанные с помощью ионного луча, (c) локальная модификация гибридной Au-Ag/C планарной наноструктуры с помощью гелий-ионного пучка.


Гибридные металл/углеродные наноструктуры для детектирования биотоксичных веществ сложной природы в экологическом мониторинге

Несмотря на существенный прогресс в разработке плазмонных наноструктур для спектроскопии комбинационного рассеяния, их использование для решения реальных целей скрининга и мониторинга биоэкотоксикантов ограничено. Исследования направлены на разработку и создание нового универсального подхода к анализу экотоксикантов и биотоксичных веществ. Эффект гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) может быть положен в основу быстрого и ультрачувствительного способа детектирования токсичных веществ природного и атнропогенного происхождения. Основную трудность анализа биотоксичных объектов составляет выделение следовых количеств искомых аналитов из природной матрицы. Комплексный подход, предполагающий разработку новых гибридных металл/углеродных наноматериалов и способ однозначного выделения сигналов ГКР токсикантов из общего сигнала матричных компонентов обеспечит решение существующей проблемы.


Разработка методики создания электрохимических сенсоров 3D-архитектуры на основе полианилина, допированного наночастицами металлов

Исследование посвящено разработке модельной электродной системы PANI/Me@C, представляющей собой нанесенные на полианилиновую матрицу металлические и биметаллические наночастицы благородных металлов в аморфной углеродной фазе. Ключевой интерес представляет получение образцов с четко определенной геометрией параллельных, прямых, цилиндрических макропор. Для получения образцов проводится одностадийное лазерно-индуцированное осаждение наночастиц Me@C на внутренние стенки пор наномембран анодированного оксида алюминия, покрытого полианилином. В зависимости от металлоорганического комплекса, используемого для осаждения, исследуемые композитные системы проявляют активность в электрокаталитических реакциях окисления глюкозы, окисления метанола или реакции разложения воды с выделением водорода. Основное внимание посвящено изучению параметров синтеза композита, определяющих активность и стабильность полученных электродов.


Синтез наномембран анодированного оксида алюминия

Работа посвящена получению наноструктурированного оксида алюминия в двухстадийном процессе анодирования. Получаемые наномембраны в дальнейшем используются в качестве темплатов для создания каталитически активных структур 3D-архитектуры. В зависимости от параметров синтеза возможно получение мембран с диаметром пор 160–400 нм. Преимуществом таких темплатов является высокая упорядоченность структуры, а также простота контроля длины и диаметра пор во время синтеза.


Синтез нанокристаллических люминофоров на основе сложных и простых оксидов

В настоящее время особое место в науке занимают нанообъекты и технологии их получения. К таким объектам относятся нанокристаллические вещества и наночастицы, которые находят применение в медицине, лекарственной терапии, машино- и приборостроении, оптике и др. Метод синтеза того или иного вещества сильно влияет на свойства получаемого материала, а выбор метода синтеза делается в соответствии с необходимыми характеристиками конечного продукта, что напрямую связано с его назначением. Наша группа имеет большой опыт в сфере синтеза нанокристаллических слабоагломерированных оксидных частиц и занимается разработкой и оптимизацией методик их производства (рис.).

ngman7 ngman8

Синтезируемые объекты на данный момент уже нашли применение в развитии следующих направлений:

• Люминесцентные маркеры медико-биологического применения (Институт экспериментальной медицины и СПбГУ)

ngman9 ngman10 ngman11

• Защитная маркировка на основе спектрального кодирования (СПбГУ)

ngman3

• Нанотермометры и нанонагреватели (СПбГУ)

ngman4 ngman5

• Оптическая прозрачная керамика: лазерная керамика, бронекерамика, синтетические ювелирные материалы (НПО «Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова»)

ngman6


Системы спектрального кодирования и лазерная маркировка металлических объектов

Исследование прикладного характера посвящено созданию систем спектрального кодирования для маркировки металлических изделий. Разработка методов внедрения люминесцентных маркеров обеспечит наиболее эффективную защиту объектов, так как защитный элемент становится неотъемлемой частью изделия. Кодирование, основанное на оптических свойствах, является наиболее эффективным и удобным благодаря его высокоскоростному декодированию и хорошей разрешающей способности.


В сотрудничестве с группой Михайлова Михаила Дмитриевича были созданы нанообъекты с уникальным идентификационным кодом, основанным на люминесценции РЗИ в оксидных матрицах. Данные объекты положены в основу для разработки эффективной технологии маркировки, обладающей высокой степенью защиты. Такая технология позволит решить проблему экономических потерь, вызванных подделками, а также может являться перспективной для применения в сфере медицины.


Разработка фотоотверждаемых композитных наноматериалов на основе кремнийорганических соединений для лазерной 3D-печати

Данная работа посвящена изучению фотополимеризации и фотосшивке кремнийорганических соединений для лазерной 3D-печати. Актуальность данной работы объясняется перспективностью применения и внедрения повсеместно аддитивных технологий: с развитием 3D-печати возникает необходимость в расширении базы используемых в ней полимеров, в зависимости от требуемых от конечного материала свойств, и исследователям еще предстоит провести работу над оптимизацией процессов фотополимеризации соответственных мономеров или олигомеров. На данный момент возможности печати многими материалами еще не исследованы или не доведены до ума, в частности, фотополимеризация кремнийорганических соединений является малоизученной.

Проекты

  • Руководитель проекта: 12.20.271.2017, G-RISC C-2 2017, Preparation of higly ordered electrodes based on electrocatalitycally active multimetallic nanoparticles/ Создание высокоупорядоченных наноструктурированных электродов на основе электрокаталитически-активных мультиметаллических наночастиц.
  • Руководитель проекта: РФФИ 17-03-01284, Гибридные металл/углеродные наноструктуры для детектирования биотоксичных веществ сложной природы в экологическом мониторинге.
  • Руководитель проекта: Соглашение № 14.604.21.0078 «Разработка метода синтеза наноразмерных ассоциированных гибридов для создания люминесцентных маркеров медико-биологического применения" 30.06.2014 – 31.12.2016 — 33,69 млн.руб. В рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».
  • Ответственный исполнитель: ГК 14.513.11.0079 «Разработка научно-технологических основ лазерно-индуцированного синтеза гибридных наноструктурированных материалов для обнаружения нанограммовых количеств суперэкотоксикантов» (20.06.2013 - 02.11.2013), - 13,4 млн. руб. В рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям исследований на 2007 – 2013».
  • Руководитель проекта ГК № 16.513.11.3134 «Разработка метода синтеза нанокристаллических люминесцентных меток для визуализации молекулярных маркеров в клетках и тканях» (21.10.2011 – 09.09.2012) — 19,8 млн. руб. В рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям исследований на 2007 – 2013» По результатам экспертного анализа, проведенного Минобрнауки РФ, выполненный в рамках ГК № 16.513.11.3134 проект был отнесён к категории «500 лучших».
  • Ответственный исполнитель ГК 02.513.12.3088 «Разработка метода получения наноструктурированных металлических элементов на поверхности диэлектриков с использованием лазерного осаждения металла из жидкой фазы для создания элементов устройств современной фотоники и микроэлектроники с участием научных организаций Финляндии» (01.10.2009 – 20.09.2010) — 7.2 млн.руб, В рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям исследований на 2007 – 2013».

Основные публикации

  1. Povolotckaia, A., et al. Plasmonic carbon nanohybrids from laser-induced deposition: controlled synthesis and SERS properties Journal of Materials Science, 2019, 54(11), 8177-8186
  2. Manshina, A., Laser-induced deposition of metal and hybrid metal-carbon nanostructures, Springer Series in Chemical Physics, 2019, 119, с. 387-403
  3. Haschke, S., et al. Nanoporous water oxidation electrodes with a low loading of laser-deposited Ru/C exhibit enhanced corrosion stability, Beilstein Journal of Nanotechnology, 2019, 10(1), с. 157-167
  4. Toropova Y. G. et al. Hemocompatibility of magnetic magnethite nanoparticles and magnetite-silica composites in vitro //BYULLETEN SIBIRSKOY MEDITSINY. – 2018. – Т. 17. – №. 3. – С. 157-167.
  5. Butt M. A. et al. Investigating the optical properties of a novel 3D self-assembled metamaterial made of carbon intercalated with bimetal nanoparticles //Novel Optical Materials and Applications. – Optical Society of America, 2018. – С. NoTu4J. 5.
  6. Manshina A. et al. 2D carbon allotrope with incorporated Au-Ag nanoclusters–Laser-induced synthesis and optical characterization //Conference on Lasers and Electro-Optics/Pacific Rim. – Optical Society of America, 2018. – С. Th1G. 2.
  7. Vasileva A. A. et al. Laser-deposited hybrid Au-Ag@ C nanoparticles as efficient SERS & adsorption material //Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2018. – Т. 1124. – №. 5. – С. 051029.
  8. Kolesnikov I. E. et al. In-situ laser-induced synthesis of associated YVO4: Eu3+@ SiO2@ Au-Ag/C nanohybrids with enhanced luminescence //Journal of Solid State Chemistry. – 2018. – Т. 258. – С. 835-840.
  9. Schlicht S. et al. Highly reversible water oxidation at ordered nanoporous iridium electrodes based on an original atomic layer deposition //ChemElectroChem. – 2018. – Т. 5. – №. 9. – С. 1259-1264.
  10. Pankin D. et al. Raman fingerprints for unambiguous identification of organotin compounds //Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. – 2018. – Т. 204. – С. 158-163.
  11. Sandra Haschke, Dmitrii Pankin, Dr. Yuri Petrov, Sebastian Bochmann, Prof. Alina Manshina, Prof. Julien Bachman Design Rules for Oxygen Evolution Catalysis at Porous Iron Oxide Electrodes: A 1000-Fold Current Density Increase// ChemSusChem 2017, 10, 18, 3644–3651
  12. Stefanie Schlicht, Alexey Kireev, Anna Vasileva, Elena V Grachova, Sergey P Tunik, Alina A Manshina and Julien Bachmann A model electrode of well-defined geometry prepared by direct laser-induced decoration of nanoporous templates with Au-Ag@C nanoparticles// Nanotechnology, 2017,  28,  6
  13. Arakelian S., Kutrovskaya S., Kucherik A., Osipov A., Povolotckaia A., Povolotskiy A., Manshina A. Laser-induced synthesis of a nanostructured polymer-like metal-carbon complexes, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 6. "Nanophotonics VI" 2016. С. 988425
  14. А.Manshina, Laser-inspired chemical transformations// Springer Series in Chemical Physics, 2017, 115, с. 243-251
  15. Ol’shin, P.K., Povolotskii, A.V., Man’shina, A.A., Markov, V.A., Sokolov, I.A. Optic properties of niobium-phosphate glasses containing lithium, sodium, and potassium oxides// Glass Physics and Chemistry, 2017, 43 (4), с. 294-297
  16. M. Y. Bashouti, A. V. Povolotckaia, A. V. Povolotskiy, S. P. Tunik, S. H. Christiansen, G. Leuchs and A. A. Manshina. Spatially-controlled laser-induced decoration of 2D and 3D substrates with plasmonic nanoparticles//RSC Adv., 2016, 6, 75681-75685
  17. I. E. Kolesnikov, A. V. Povolotskiy, D. V. Mamonova, E. Lähderanta, A. A. Manshina and M. D. Mikhailov. Photoluminescence properties of Eu3+ ions in yttrium oxide nanoparticles: defect vs. normal sites//RSC Adv., 2016,6, 76533-76541
  18. Kucherik, S. Arakelian, T. Vartanyan, S. Kutrovskaya, A. Osipov, A. Povolotskaya, A. Povolotskii, A. Man’shina. Laser-induced synthesis of metal–carbon materials for implementing surface-enhanced Raman scattering//Opt. Spectrosc. (2016) 121: 263
  19. A.A. Manshina, E.V. Grachova, A.V. Povolotskiy, A.V. Povolotckaia, Yu.V. Petrov, I.O. Koshevoy, A.A. Makarova, D.V. Vyalikh, and S.P. Tunik Laser-induced transformation of supramolecular complexes: a novel approach to control formation of hybrid multi-yolk-shell Au-Ag@a-C:H nanostructures // Scientific Reports, 2015. — Vol. 5, — P. 12027
  20. M.Y. Bashouti, A. Manshina, A. Povolotckaia, A. Povolotskiy, A. Kireev, Y. Petrov, M. Mačković, E. Spiecker, I. Koshevoy, S. Tunik, S. Christiansen Direct laser writing of μ-chips based on hybrid C-Au-Ag nanoparticles for express analysis of hazardous and biological substances // Lab on a Chip - Miniaturisation for Chemistry and Biology, 2015. — Vol. 15, — № 7. — P. 1742-1747
  21. I.E. Kolesnikov, D.V. Tolstikova, A.V. Kurochkin, S.A. Pulkin, A.A. Manshina, M.D. Mikhailov Concentration effect on photoluminescence of Eu3+-doped nanocrystalline YVO4, Journal of Luminescence Volume 158, Pages 469–474
  22. A.V. Povolotskaya, A.V. Povolotskiy, A.A. Manshina Hybrid nanostructures: Synthesis, morphology and functional properties // Russian Chemical Reviews, 2015. — Vol. 84, — №6. — P. 579
  23. Manshina, A. Povolotskiy, A. Povolotckaia, A. Kireev, Yu. Petrov, S. Tunik. Annealing effect: сontrolled modification of the structure, composition and plasmon resonance of hybrid Au-Ag/C nanostructures // Applied Surface Science, 2015. — Vol. 353, — P. 11-16
  24. I.E. Kolesnikov, A.V. Povolotskiy, D.V. Tolstikova, A.A. Manshina and M.D. Mikhailov Luminescence of Y3Al5O12:Eu3+ nanophosphors in blood and organic media // Journal of Physics D - Applied Physics, 2015. — № 48. — P. 075401
  25. A.A. Vasileva, I.A. Nazarov, P.K. Olshin, A.V. Povolotskiy, I.A. Sokolov, A.A. Manshina Structural features of silver-doped phosphate glasses in zone of femtosecond laser-induced modification // Journal of Solid State Chemistry, 2015. — Vol. 230, — P. 56-60
  26. M. Dubov, V. Mezentsev, A.A. Manshina, I.A. Sokolov, A.V. Povolotskiy, Y.V. Petrov Waveguide fabrication in lfithium-niobo-phosphate glasses by high repetition rate femtosecond laser: route to non-equilibrium material’s states // Optical Materials Express, 2014. — Vol. 4, — № 6. — P. 1197–1206
  27. A. Povolotskiy, A. Povolotckaia, Y. Petrov, A. Manshina, S. Tunik Laser-induced synthesis of metallic silver-gold nanoparticles encapsulated in carbon nanospheres for surface-enhanced Raman spectroscopy and toxins detection // Applied Physics Letters, 2013. — Vol. 103, — №11. Article number 113102

Патенты

  1. Колесников И. Е., Поволоцкий А. В., Маньшина А. А., Поволоцкая А. В. Патент РФ на изобретение № 2614245 «Способ получения гибридных плазмонно-люминесцентных маркеров»
  2. Маньшина А.А., Поволоцкий А.В., Иванова Т.Ю., Тверьянович Ю.С. Патент РФ на изобретение № 2323553 от 27.04.2008 «Способ лазерного осаждения меди из раствора электролита на поверхность диэлектрика».
  3. Маньшина А.А., Поволоцкий А.В., Поволоцкая А.В., Туник С.П., Кошевой И.О., Грунский О.С., Курочкин А.В., Тверьянович Ю.С. Патент РФ на изобретение № 2444161 от 15.07.2010 «Способ лазерного нанесения металлических покрытий и проводников на диэлектрики»
  4. Маньшина А.А., Борисов Е.Н., Поволоцкий А.В., Грунский О.С. Патент РФ на изобретение № 2498298 от 10.11.2013. «Устройство визуализации биологических объектов с нанометками»
  5. Маньшина А.А., Борисов Е.Н., Поволоцкий А.В., Грунский О.С. Патент РФ на полезную модель № 125458 от 22.08.2012 "Устройство для определения локализации атипичных клеток по люминесценции нанокристаллических меток в биологических тканях"
  6. Васильева А.С., Маньшина А.А., Поволоцкий А.В., Киреев А.А., Тверьянович А.С., Тверьянович Ю.С. Патент РФ на изобретение № 2 559 582 от 10.08.2015, «Халькогенидная подложка для биочипа»